北京
量子闪存技术成功构建出共面的漏极-沟道-源极“归壹”结构，首次在室温环境下清晰观测到了单电子的非易失性存储行为。
复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室集成电路与微纳电子创新学院周鹏-刘春森研究团队在《科学》（Science）发表重磅成果，他们发明的“量子闪存”（Quantum Flash）技术，成功构建出共面的漏极-沟道-源极“归壹”结构，首次在室温（27℃）环境下清晰观测到了单电子的非易失性存储行为，这不仅彻底打破了“单电子存储”无法实现的传统认知，开创了单电子量子存储的全新理论体系，更为AI时代算力革命奠定关键理论基础。
想要拔高AI算力天花板，就必须打破传统存储器在速率、功耗上的瓶颈。去年4月，周鹏-刘春森团队提出“破晓（PoX）”器件，实现了世界最快400皮秒超高速非易失存储。在突破存储速度极限之后，团队进一步探索电荷存储的理论极限——电子。电子是不可再分的基础粒子，理论上可构成最小存储单元，但受量子效应制约，该技术长期停留在理论设想，难以实验复现。
把存储器件比作蓄水池，单电子就如同池内一滴水。依据海森堡不确定性原理，电子束缚空间越小，能量波动与量子干扰越强。早年科研人员观测单电子信号时，仅能捕捉数十毫伏微弱电压变化，且状态在不到5秒内消失。
针对这一痛点，研究团队立足量子力学基本原理，深挖单电子精准操控的极限。依托二维半导体原子级厚度的天然“囚禁”优势，创新提出自对准平面裁剪工艺，搭建共面的漏极-沟道-源极 “归壹” 架构。
漏极-沟道-源极“归壹”结构
实验显示，仅需注入单个电子，存储窗口便可达0.5伏特，数据在室温（27℃）下依然保持稳定。相较于1997年《科学》杂志报道的55 mV且仅能维持5秒的硅基单电子存储，这项工作将室温下的单电子量子态信号放大了近一个数量级，并具备了真正的非易失性。
同时，研究团队还独创性提出“态密度剪刀”理论，揭示了一种前所未见的反常量子存储行为：在能量空间中用一把无形的“量子剪刀”将特定的量子态精准“裁剪”，使其凭空消失。这一发现不仅开创了单电子量子存储的全新理论体系，更为量子存储走向工程应用拼上了关键版图。
该研究将电荷存储的信息密度提升至理论极限，实现了“一电子一比特”，也为面向人工通用智能（AGI）需求的高密度存储器研发提供了新的技术基础。下一步，团队将着力推进该器件的工程化与大规模芯片集成，推动基础研究走向产业应用。
数据中心面临的最大瓶颈在于存算交互过程中的能耗损失（数据搬运功耗往往是计算功耗的数倍）。该技术不仅能提供超低功耗的存储阵列，更能通过半导体后道集成技术（BEOL），将存储单元直接集成在计算单元上方，使信息传输距离缩短至百纳米级。这种极佳的“存算一体”特性，能从源头上解决算力中心的能耗痛点，赋能国家“东数西算”战略。
目前，团队在二维存储与8英寸及12英寸CMOS晶圆异质集成制造领域已具备成熟工艺基础，得益于二维半导体的异质集成工艺复杂度远低于体硅晶体的掺杂、隔离等方案，未来的存储芯片有望在成本上与主流产品持平甚至更具优势。周鹏教授在接受采访时表示，团队计划于今年下半年正式成立初创公司，首期目标是完成基于现有半导体产线改造的芯片验证。
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